Chitosan e polimeri biodegradabili

Questo articolo, è tratto da: “Study on mechanical properties of photocured films of Chitosan/PVA and PEO/PVA blend with acrylic monomers” di Shaheda Ferdous, A.I. Mustafa and Mubarak A. Khan.

La traduzione e la rielaborazione qui presentata è stata eseguita da: Andrea Adelmo Asci, Francesco Massimino, Simone Muratori (studenti al secondo anno del corso di laurea in scienza dei materiali all’università di Torino).

Introduzione

La fotopolimerizzazione è un processo di polimerizzazione indotto dalla luce su polimeri fotoreticolanti che possiedono gruppi funzionali sensibili alla radiazione ultravioletta. Se tali gruppi funzionali sono in numero superiore a due per ciascuna catena, si avrà la formazione di un reticolo tridimensionale attivato da un fotoiniziatore.

La chitina è il secondo polimero più abbondante in natura ed è un polisaccaride lineare caratterizzato da legami 2-acetamido-2-deossi-D-glicosidici. Il prncipale derivato della chitina è il chitosan, prodotto dalla deacetilazione della chitina. La sua struttura principale corrisponde ad una catena lineare di residui 2-ammino-2-deossi-D-glucopiranosi legati da legami ß-1-4. Sia la chitina che il chitosan hanno innumerevoli applicazioni e sono biodegradabili. La chitina è ricavata dagli scarti di lavorazione dei gamberetti, abbondantissimi in ogni parte del mondo.

Le miscele di biopolimeri con polimeri comuni sono di grande importanza per la sintesi di materiali biodegradabili. L'alcol polivinilico (PVA) è un polimero idrosolubile in grado di formare polimeri reticolati sotto l'azione della radiazione solo se allo stato fuso o in soluzione acquosa, e che risulta reticolato allo stato solido a 25°C. La miscela chitosan/ossido di polietilene (PEO) forma polimeri fotoreticolati in qualsiasi stato. Biomiscele di PVA/chitosan reticolano sotto l'azione di raggi UV. Per ridurre l'intensità degli UV necessari vengono usati monomeri vinilici insaturi polifunzionali per migliorarne le proprietà ed il livello di polimerizzazione. In questo caso è stato usato 2- etil-2-idrossimetil-1,3-propandiolo-trimetilacrilato (EHMPTMA) come monomero acrilico trifunzionale in grado di rendere la pellicola più dura, ma più fragile. Per ovviare a tali problemi si usa una miscela di EHMPTMA e 2-etil-esilacrilato (EHA), in varie proporzioni, che porta ad un polimero più tenero e flessibile. Tuttavia l'EHA è meno efficace dell'EHMPTA nel formare un reticolo denso. Sono state preparate pellicole da miscele PEO/PVA e chitosan/PVA, trattate in seguito con soluzioni diverse di EHMPTA/EHA.

Come sintetizzare le pellicole

Il chitosan è stato è stato estratto dai carapaci di gamberetti, lavati in acqua calda e asciugati in forno a 105°C per 72 ore. I carapaci essiccati sono stati tritati, deprotonati con NaOH al 3% e deionizzati con HCl al 3%. La mistura è stata lavata con acqua dinstillata per decantazione e filtrazione per renderla neutra e asciugata in forno per 24 ore a 105°C. Da 100g di carapaci sono stati ottenuti 77g di chitina. Il chitosan è stato ottenuto per deacetalizzazione della chitina con NaOH al 50% in proporzione chitina:NaOH 1:20 in peso a 100°C per 3 ore. Il precipitato è stato lavato con acqua distillata per eliminare ogni traccia di NaOH. Il solido risultante è stato asciugato a vuoto a 50°C per 24 ore. Sono stati ricavati 27g di chitosan. Una soluzione al 2% di chitosan è stata mescolata con una soluzione acquosa al 2% di acido acetico. Sono state preparate miscele acquose PVA/chitosan e PVA/PEO con differenti proporzioni. Le pellicole sono state preparate con una colatura su un rivestimento siliconico. Le loro proprietà tensili (TS ed Eb) sono state testate con un carico di 500N. Sono state preparate cinque miscele di monomeri EHA/EHMPTA con il fotoiniziatore Darocur-1664 (2%). Le pellicole sono state immerse in queste soluzioni per tempi diversi ed esposti ad UV. Le pellicole sono state lavate in acetone.

Dopo 24 ore le pellicole polimerizzate sono state testate.

Risultati dei test eseguiti sulle pellicole

I risultati migliori sono stati ottenuti per miscele chitosan/PVA e PEO/PVA in rapporto 14,29/85,71; tra le due miscele quella di chitosan è nettamente migliore per quanto riguarda le proprietà tensili.

Per quanto riguarda la composizione di EHA/EHMPTA migliori risultati sono stati ottenuti con una 25/73 (+2% di fotoiniziatore) con 6 passaggi agli UV per il chitosan/PVA e 8 passaggi per il PEO/PVA.

Autori:

Andrea Adelmo Asci

Francesco Massimino

Simone Muratori

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